正交频分复用系统的峰均比抑制技术的研究-开题报告.doc

重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件 附件B：开题报告附件B：毕业设计（论文）开题报告1、 课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）21世纪是一个信息大爆发的社会，人们对信息的依赖达到了空前的高度，可靠、快速、安全的信息传递方式已经是对现代通信技术的最基本的要求，而更高的就是，人们在任何时间、地点、任何情况下都可以用最快的速度建立通信连接，最及时的获取所需的信息，不仅是文字的、声音的信息。甚至是分辨率极高的视频等多媒体信息，且信息具有极强的可交互性。现代通信技术的发展就是无限通信技术的发展，高速、可靠、无处不在的无限通信方式一直都是通信用户的要求和科研工作者追求的目标。现代通信发展经历了四个阶段1：1979年，美国贝尔实验室成功研制了先进的通信电话系统，建立了蜂窝状移动通信网，成为第一代魔力移动通信系统。90年代中期产生的数字通信系统完成了模拟技术向数字技术的转变，可以提供数字语音通信服务以及一些中低速的数据传输业务和智能网业务。第三代移动通信技术采用码分多址技术，与第二代相比，在接入速度、灵活性和可靠性方便都有很大的提高，但是3G的核心网没有完全脱离2G的核心网，且不能有效地对抗高速数据传输中的时延扩展带来的严重符号间干扰，所以3G不能算是真正的宽带接入网络。在现在高速数据传输的需求下，人们开始转向正交频分复用技术。正交频分复用是目前使用的4G的核心技术，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机的结合在一起，使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面有很大的优势，时支持移动通信特别是移动多媒体通信的只要技术之一。正交频分复用是一种把高速率的串行数据通过频分复用来实现并行传输的多载波传输技术，其思想早在20世纪60年代就己经提出了，但由于并行传输系统需要基带成形滤波器阵列，正弦波载波发生器阵列及相干解调阵列，采用传统的模拟的方法实现是相当复杂的、昂贵的，因而早期并没有得到实际应用。1971年，Weistein和Ebert2提出了用离散傅立叶变换来实现多载波调制，人们开始研究并行传输的多载波系统的数字化实现方法，将离散傅立叶变换运用到正交频分复用的调制解调中，为正交频分复用的实用化奠定了基础，大大简化了多载波技术的实现。运用离散傅立叶变换实现的正交频分复用系统的发送端不需要多套的正弦发生器，而接收端也不需要用多个带通滤波器来检测各路子载波，但由于当时的数字信号处理技术的限制，正交频分复用技术并没有得到广泛应用。80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，L.J.Cimini4首先分析了正交频分复用在移动通信中应用中存在的问题和解决方法，从此以后，正交频分复用在无线移动通信领域中的应用得到了迅猛的发展。近年来，由于数字信号处理技术技术的飞速发展，使得当载波数目高达几千时也可以通过专用芯片来实现其离散傅立叶变换变换，大大推动了正交频分复用技术在无线通信环境中的实用化，正交频分复用技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。正交频分复用已经成功的应用于数字音频广播系统、数字视频广播系统、无线电局域网，非对称数字用户环路等系统中。1995年，欧洲电信标准协会首次提出数字音频广播系统标准，这是第一个采用正交频分复用的标准5。1999年12月，IEEE802.lla一个工作在5GHz的无线局域网标准，欧洲电信标准协会的宽带射频接入网的局域网标准也采用正交频分复用技术。在我国，信息产业部无线电管理局也于2001年8月31日开通了中国网通开展的正交频分复用固定无线接入系统CelerFlex的试验9，进行了必要的测试和业务演示。目前，人们正在集中精力研究正交频分复用在无线移动通信领域的应用，并将正交频分复用技术与多种多址技术相结合。此外，正交频分复用技术还易于结合空时编码以及智能天线等技术，最大程度提高物理层信息传输的可靠性。峰均比的研究是随着正交频分复用实现技术逐渐成为研究热点的，国外对于抑制峰均比的研究早在20世纪90年代初期就开始了，而在国内则在90年代末期才开始这方面的探索。但是在多载波系统中，较高的峰均比是其固有问题之一，必须对峰均比加以抑制，才能不会影响到多载波调制系统的实际应用。目前，峰均比的抑制研究大多是针对基于傅里叶变换的正交频分复用系统的，主要有两种思路3-4：第一种思路是从功率放大器方面考虑。其中一种想法是令功率放大器在饱和区工作，或者补偿放大器的工作点，这种方式使得功率放大器的工作效率明显降低，系统实现成本变高，同时还会带来非线性失真，致使带外辐射和系统比特误码率新能变差。另一种想法是增大放大器的线性范围，这样就可以减少由放大器引起的非线性失真，且不影响系统的比特误码率性能和放大器的效率，还可以降低系统成本，但是由于功率放大器形式多样，这种方法并没有本质上解决正交频分复用系统高峰均比的问题，不具备普遍试用性。第二种思路是从多路载波信号的处理方面考虑。在正交频分复用信号进入功率放大器之前，对信号做一些处理，从本质上抑制系统的高峰均比问题。目前在正交频分复用系统中，在信号处理的角度上，针对峰均比的抑制问题已经有了很广泛的研究，解决方法可以总结为信号失真类、信号加干扰类和信号编码类技术，如图1所示。这些技术抑制信号峰均比的效果以及试用范围各不相同。抑制峰均比技术信号失真技术信号加干扰技术信号编码技术图1 正交频分复用系统中常用的峰均比抑制算法8信号编码技术的基本思想是通过一些编码方法将原始信号序列映射到相对具有较优化峰均比性能的码字上。此过程是线性过程，不会使信号发生畸变，而且有些编码方式还具有纠错能力，可以有效地抑制信号的高峰均比。但此类技术编码复杂度高、系统冗余非常大、信息编码速率低，而且编码方式受到子载波数及信号调制方式的限制，尤其是当子载波数量较多时，编码效率会非常低，导致系统时延变大，实时性变差。所以信号编码类技术只适用于具有少量子载波且对稳定性要求较高的多载波调制系统。信号加干扰技术的基本思想是减少大峰值信号出现的概率。信号加干扰类技术对信号的处理是线性的，不会导致信号畸变，应用也不受系统的子载波数限制，能够有效地、无失真地抑制信号的峰均比，但是采用此类技术系统计算复杂高，而且会带来冗余，致使系统频谱利用率低。因此，针对此类技术的优化算法大都集中在如何降低算法的计算复杂和冗余度方面上。信号失真技术是对信号进行非线性处理。这类技术具有良好的峰均比抑制特性，而且抑制性能不受子载波数及调制方式限制，但会引起带内失真和带外噪声，致使系统比特误码率增加。因此，针对这类方法的改进算法，一般不考虑优化其峰均比抑制效果，都是着眼于如何消除其带来的信号失真和带外干扰等影响。在正交频分复用系统中，抑制峰均比的算法有很多，但时至今日，仍不存在一种最佳方法能够完美地解决高峰均比问题，采用峰均比抑制方法时，必须在信号的峰均比抑制性能、计算复杂度、频谱利用和比特误码率性能四者之间进行折中选择。2、课题任务、重点研究内容、实现途径正交频分复用技术广泛应用于无线通信系统，具有很高的频谱利用率和良好的抗多径干扰的能力。作为一种多载波调制技术，正交频分复用技术对峰均比非常敏感，因此峰均比抑制技术是其关键技术内容。本课题通过对正交频分复用系统的峰均比抑制技术的研究，学习正交频分复用系统中的关键技术，了解其处理方法。主要通过对峰均比抑制技术方案的设计，分析和实现，掌握利用现代电子技术手段和工具进行通信系统设计，开发的方法，提高分析设计和动手能力。本课题运用MATLAB语言对正交频分复用系统进行了仿真，得到了正交频分复用系统在不同信道下的误码性能曲线，从而为实际中的正交频分复用移动通信系统设计提供一定的理论依据；并且通过运用MATLAB软件中的Simulink工具箱建立正交频分复用系统模型10，在系统仿真正确的前提下针对信道估计技术进行进一步仿真验证，来说明正交频分复用系统中实施这一关键技术的必要性。通过研究正交频分复用的优缺点，分析高峰值出现的原因，并引入峰均比的定义，对当前降低峰均比的方法进行分析与比较。主要研究正交频分复用系统中降低峰均比所常用的限幅滤波和选择映射法，将其用MATLAB软件进行仿真，并对比各自的优缺点及实现难易度。参考文献：（不得少于10篇）1 焦冬莉.限幅滤波的FPGA实现方法研究J.山西大同大学学报(自然科学版)， 2013，(03)2 丁丽珍,王华奎.一种改进减小正交频分复用系统峰均比的PTS算法J.太原科技， 2008，(12)3 杨悦.W正交频分复用系统中峰均比抑制算法研究D.吉林大学， 20124 黄明祥.正交频分复用系统中降低功率峰均比技术研究D.南京邮电大学， 20115 罗杨.正交频分复用系统抑制峰均比算法研究D.重庆大学， 20106 李佑虎.基于SLM的减小正交频分复用系统峰均比的改进技术研究D.哈尔滨工程大学， 20097 朱云达.正交频分复用系统峰平比抑制技术研究及逻辑实现D.西南交通大学， 20088 王毓韧.正交频分复用系统中峰均比抑制算法研究与实现D.上海交通大学， 20079 雷霞，李少谦.过采样正交频分复用信号的峰值平均功率比J.电子科技大学学报，2003，（05）10 丁龙刚.正交频分复用系统设计及其matlab实现J.电子与信息学报，2009，（09）11 H. Ochiai and H. Imai, “On the Distribution of the Peak-to-Average Power Ratio in 正交频分复用 Signals,” IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.49, NO.2, Feb.200112 R. van Nee and A. de Wild, “Reducing the peak-to-average power ratio of 正交频分复用,” in Proc. IEEE Vehicular Technology Conf. (VTC98), May 1998, pp. 20